找回密码
 立即注册

QQ登录

只需一步,快速开始

查看: 1005|回复: 1

[材料资讯] 李晋平Science:实现MOF选择性分离乙烷/乙烯

[复制链接]

31

主题

53

帖子

59

积分

注册会员

Rank: 2

积分
59
发表于 2018-10-26 07:53:29 | 显示全部楼层 |阅读模式
研究亮点:
1. 发现了含有铁-超氧位点的MOF对乙烷的吸附能力比乙烯更强。
2. 实现了在室温室压下高效分离制99.99%纯乙烯。
乙烯是石油化工产业的核心,全球年产量过亿吨,其产品占石化产品的70%以上,在国民经济中占有不可忽视的重要地位。在乙烯生产过程中,往往需要通过低温工艺分离乙烷来实现提纯,这一工艺耗能巨大。
近年来,以MOF为代表的多孔材料膜在乙烷/乙烯低能耗高选择性分离领域取得猪肚哦重要进展。这些材料大多对乙烯具有更强的亲和力,然而,由于乙烯量大,乙烷量少,对乙烷的吸附可以使整个膜分离效果更加高效。
有鉴于此,太原理工大学Jinping Li和美国德州大学圣安东尼奥校区陈邦林、美国国家标准与技术研究所Wei Zhou等团队合作,发现含有铁-超氧位点的MOF对乙烷的吸附能力比乙烯更强,并实现了在室温和正常压力下的高效分离。

中子衍射确定结构

中子衍射确定结构
图1. 中子衍射确定结构
研究人员根据前人经验制备出Fe2(O2)(dobdc)这种微孔MOF,中子衍射研究和理论计算研究表明,Fe-超氧位点对乙烷具有优先吸附作用。在室温室压条件下分离乙烷/乙炔混合物,研究人员一次性得到了纯度高达99.99%的乙烯(聚合物级),产量较大,能耗较低。据作者介绍,这是目前为止气体分离制聚合物纯乙烯的最佳材料。
总之,这项研究为通过吸附位点调控来增强乙烷/乙烯选择性分离提供了全新的思路,进一步推动了MOF在高效、低能耗的工业分离中的实际应用。
作者简介:
李晋平,男,1964年生,山西大宁人,中共党员,工学博士,教授,博士生导师,新世纪百千万人才工程国家级人选,享受国务院政府特殊津贴专家,山西省重点学科应用化学学科带头人。现任太原理工大学副校长,气体能源高效清洁利用山西省重点实验室主任,山西省煤层气高效开采与利用协同创新中心主任,兼任中国能源学会常务理事,国家自然科学基金委化学部会评专家,兼任Chin. J. Chem. Eng.等期刊编委。
李晋平教授多年来主要从事气体能源高效清洁利用的研究,取得了系列开创性研究成果,包括:
围绕低浓度煤层气脱氧与除氮的高效富集利用,率先将分子筛引入低浓度煤层气富集领域;
开发了变压吸附分离甲烷/氮气装置及相关工艺;
利用柔性金属有机骨架材料独特的分子识别效应成功实现了丙烯中低浓度丙炔的高效分离;
系统研究了多孔材料的物理吸附储氢,阐明了储氢机理和构效关系;
开发了温和条件下光电水解制氢的系列高效的阳极析氧催化剂。
李晋平教授主持国家“863”计划项目、“973”前期研究专项、国家自然科学基金重点及面上项目、山西省煤基产业链煤层气专项子项目、山西省科技攻关项目及山西省省自然科学基金等项目30余项。在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等期刊发表学术论文200余篇,其中SCI收录120余篇,SCI被引2000余次;授权中国发明专利18项。作为主要完成人获得国家技术发明二等奖1项,山西省技术发明一等奖1项,省部级自然科学二等奖3项。先后获得“第九届侯德榜化工科学技术奖-创新奖”、“新世纪学术技术带头人333人才省级人选”、“山西省五一劳动奖章”和“山西省高等学校中青年拔尖创新人才”等荣誉称号。

  声明:本网部分文章和图片来源于网络,发布的文章仅用于材料专业知识和市场资讯的交流与分享,不用于任何商业目的。任何个人或组织若对文章版权或其内容的真实性、准确性存有疑义,请第一时间联系我们,我们将及时进行处理。

本帖被以下淘专辑推荐:

  • · science|主题: 146, 订阅: 1
  • · MOF|主题: 200, 订阅: 1
回复

使用道具 举报

31

主题

53

帖子

59

积分

注册会员

Rank: 2

积分
59
 楼主| 发表于 2018-10-26 18:00:57 | 显示全部楼层

10月26日,国际顶级学术期刊Science杂志在线发表了太原理工大学作为第一单位的研究论文“Ethane/ethylene separation in a metal-organic framework with iron-peroxo sites [Science, 2018, doi: 10.1126/science.aat0586]”。其中,化学化工学院李立博讲师是论文的第一作者,美国德州大学圣安东尼奥分校林锐标博士为共同第一作者,化学化工学院李晋平教授,美国国家标准与技术研究院WeiZhou博士和美国德州大学圣安东尼奥分校陈邦林教授为本文的共同通讯作者。这是太原理工大学首次在《Science》或《Nature》主刊上以第一单位发表研究论文,是一次历史性的突破。

李晋平

李晋平

低碳烃是石油化工的重要基础原料,然而其生产和提纯过程中都伴随着较高的能耗和污染,带来巨大的经济效益的同时,也引起了一系列的能源危机和环境问题。乙烯作为全球最重要的化工原料(2016年全球产量超1.7亿吨),其产能及生产技术水平是一个国家石油化工发展水平的重要标志。传统蒸汽裂解生产乙烯的过程中,会不可避免的产生乙烷等副产物,为了得到高纯度聚合级乙烯产品,工业上常常需要多步多级的低温精馏,导致产生巨大的生产能耗。

近年来,利用吸附分离工艺,以新型金属有机骨架材料(MOFs)为吸附剂实现碳氢化合物的高效分离,已成为学术界研究的热点。传统思路对乙烷/乙烯分离的研究,集中于利用MOFs材料中的不饱和金属空位与乙烯形成的π键相互作用而选择性吸附乙烯,来实现乙烷/乙烯分离。然而在实际生产中,乙烷杂质的含量较低,需要进行多个吸附-脱附循环才能够得到较高纯度的乙烯产品,显著提高了吸附分离的生产能耗,制约了其工业应用的发展。

在本文中,研究者们利用氧分子先与Fe-MOF材料中的不饱和空位结合,有效阻挡不饱和金属空位与乙烯间的π键相互作用,显著降低乙烯吸附量。同时,新构建的Fe-O2基团能够与乙烷显示出更强的吸附亲和力,实现吸附乙烷强于乙烯,从而达到选择性脱除乙烯中杂质乙烷的目的。

该设计思路不仅巧妙的实现了“乙烯-乙烯吸附反转”,也制备出迄今最高效的乙烷选择吸附剂,对不同浓度的乙烷/乙烯混合物一步分离得到聚合级乙烯。更重要的是,这种简单巧妙的思路可应用于其他MOFs中,为乙烷/乙烯分离吸附剂的选择开辟出一条新途径。

感谢国家自然科学基金(21136007,21606163)和山西省自然科学基金(201601D021042)等对本工作的支持。近年来,李晋平教授所领导的研究团队在气体分离领域不断取得新的突破,在Science,J. Am. Chem. Soc.,Angew. Chem. Ed. Int.,J.Mater. Chem. A等系列国际著名期刊发表论文多篇,获授权国家发明专利十余项。


回复 支持 反对

使用道具 举报

小黑屋|手机版|Archiver|版权声明|一起进步网 ( 京ICP备14007691号-1

GMT+8, 2024-3-29 16:01 , Processed in 0.186914 second(s), 41 queries .

Powered by Discuz! X3.2

© 2001-2013 Comsenz Inc.

快速回复 返回顶部 返回列表